基于DC/DC穩(wěn)壓器的大功率LED恒流驅(qū)動設(shè)計

效率明顯提高。

將式（3）變換得出：

由式（4）可以看出，合理設(shè)置電阻Rf、R1和Rs的值，即可獲得所需的輸出電流值，并能獲得理想的效率。

3設(shè)計實例

目前，在市面上可以找到很多價格低廉、性能優(yōu)良的可調(diào)輸出的DC/DC單片集成開關(guān)穩(wěn)壓器或者控制器，如LM2577-ADJ、LM2596-ADJ、LT1086-ADJ、TL494、MC34063等，LM2596-ADJ是LM2596中可調(diào)輸出電壓的電源管理單片集成電路，內(nèi)部集成固定頻率發(fā)生電路以及頻率補(bǔ)償電路，最大輸出電流可達(dá)3A，具有功耗小（待機(jī)電流僅80μA）、效率高、過熱保護(hù)和限流保護(hù)功能、很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)、外圍電路簡單等特性。圖4所示是基于LM2596-ADJ的LED開關(guān)恒流穩(wěn)壓電源。

圖4基于LM2596-ADJ的LED開關(guān)恒流穩(wěn)壓電源

該電路中，含有電壓控制環(huán)路和電流控制環(huán)路兩個環(huán)路。電壓控制環(huán)路由運算放大器U2A、R1、R5組成，用于控制電源的最大輸出電壓，其輸出電壓Vout由式（5）表示。

式（5）中，Vref=1。23V，VD=0。4V。由式（5）可以看出，改變R1和R5的參數(shù)就能改變最大輸出電壓的值。在LED驅(qū)動電路的實際應(yīng)用中，Vout應(yīng)高于實際的負(fù)載電壓，并且負(fù)載電壓VLoad應(yīng)滿足式（6），電源才能自動工作于恒流模式。

電流控制環(huán)由運算放大器U2B、R7、R3、C2、R6、R2、C5組成。電源的輸出電流Iout由式（7）表示。

由式（7）看出，改變R2、R6或者R7的值，即可改變輸出電流的值。當(dāng)輸出電流較大時，R7可以采用阻值更小的電阻，以降低功耗。

Q1、R4、C6、ZD1構(gòu)成運算放大器的供電穩(wěn)壓電路，保證給運算放大器的供電電壓不超過其最大允許工作電壓。

D6、D7組成電壓反饋環(huán)路和電流反饋回路自動切換控制電路。當(dāng)電源工作在恒壓模式時，由于負(fù)載電流小，U2B的輸出電壓V2小于U2A的輸出電壓V1，此時D6導(dǎo)通，D7截止，U2B的輸出不影響U2A的輸出；當(dāng)負(fù)載電流增大到設(shè)定值時，U2B的輸出電壓V2大于U2A的輸出電壓V1，此時電源自動切換到恒流模式，D7導(dǎo)通，D6截止，U2A的輸出不影響U2B的輸出。2個控制環(huán)路中，同時只有一個控制環(huán)路起主導(dǎo)控制作用。當(dāng)電壓控制環(huán)路起主導(dǎo)作用時，輸出電壓不隨負(fù)載電流的變化而變換，保持恒定值，相當(dāng)于恒壓源；當(dāng)電源輸出電流增大，達(dá)到設(shè)定值時，電源自動轉(zhuǎn)入恒流模式，電流控制環(huán)路起主導(dǎo)作用，輸出電壓隨負(fù)載的變化而變換，輸出電流值保持恒定，相當(dāng)于恒流源。

表1和表2是基于LM2596-ADJ的LED開關(guān)恒流穩(wěn)壓電源的相關(guān)實測數(shù)據(jù)，表1中的理想效率是按照式（8），且在開關(guān)頻率為150kHz、開關(guān)時間Ts為0。3μs的條件下計算而得：

表1效率測試數(shù)據(jù)

表2恒流精度測試數(shù)據(jù)

式（8）為最理想的開關(guān)損耗情況下，Buck調(diào)整器的效率計算公式，式中，Vdc為電源的輸入電壓。

從表1的測試數(shù)據(jù)來看，實測效率與理想效率接近，且超過了87%，接近88%。這主要是因為實現(xiàn)恒壓源到恒流源轉(zhuǎn)變所增加的小阻值采樣電阻以及低功耗的運算放大器等附加電路，并沒有明顯增加電源的總損耗。

從表2的數(shù)據(jù)來看，電源的恒流誤差小于1%，具有相當(dāng)高的恒流精度。這是因為負(fù)載上電流的很小變化，經(jīng)過運算放大器放大后，都能被控制電路感知，從而使輸出電流保持在一個穩(wěn)定的值。

根據(jù)式（7），輸出電流

但由于電路中的二極管D7處于微導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)致電源的實際輸出電流值與計算值存在一定偏差，但誤差很小，可以通過修改反饋電阻的值，獲得理想的電流值。

4結(jié)束語

基于LM2596-ADJ的LED開關(guān)恒流穩(wěn)壓電源已經(jīng)投入實際使用，且長期工作穩(wěn)定可靠，該電路的成功設(shè)計，說明了利用市面常用DC/DC穩(wěn)壓器設(shè)計成高效的LED恒流驅(qū)動的方法的可行性，且取材廣泛，成本低。從實驗數(shù)據(jù)可以看出，電路具有恒流精度高、效率高。該電源電路不僅可用于大功率LED驅(qū)動，還可用于電池充電等。